Asteroide-nedslag skaber diamantmaterialer med usædvanligt komplekse strukturer

Stødbølger forårsaget af asteroider, der kolliderer med Jorden, skaber materialer med en række komplekse kulstofstrukturer, som kan bruges til at fremme fremtidige tekniske applikationer, ifølge en international undersøgelse ledet af UCL og ungarske videnskabsmænd.

Udgivet i dag i Proceedings of the National Academy of Sciences , har forskerholdet fundet ud af, at diamanter dannet under en højenergichokbølge fra en asteroidekollision for omkring 50.000 år siden har unikke og exceptionelle egenskaber, forårsaget af de kortsigtede høje temperaturer og ekstremt tryk.

Forskerne siger, at disse strukturer kan målrettes til avancerede mekaniske og elektroniske applikationer, hvilket giver os mulighed for at designe materialer, der ikke kun er ultrahårde, men også formbare med justerbare elektroniske egenskaber.

Til undersøgelsen brugte forskere fra Storbritannien, USA, Ungarn, Italien og Frankrig detaljerede state-of-the-art krystallografiske og spektroskopiske undersøgelser af mineralet lonsdaleite fra Canyon Diablo jernmeteoritten først fundet i 1891 i Arizonas ørken.

Opkaldt efter den banebrydende britiske krystallograf professor Dame Kathleen Lonsdale, den første kvindelige professor ved UCL, blev lonsdaleite tidligere antaget at bestå af ren sekskantet diamant, hvilket adskiller den fra den klassiske kubiske diamant. Holdet fandt dog ud af, at det faktisk består af nanostrukturerede diamant- og grafenlignende vækster (hvor to mineraler i en krystal vokser sammen) kaldet diaphiter. Holdet identificerede også stablingsfejl eller "fejl" i sekvenserne af de gentagne mønstre af lag af atomer.

Hovedforfatter Dr. Péter Németh (Institut for Geologisk og Geokemisk Forskning, RCAES) sagde:"Gennem genkendelsen af ​​de forskellige sammenvæksttyper mellem grafen- og diamantstrukturer kan vi komme tættere på at forstå de tryk-temperaturforhold, der opstår under asteroidesammenstød. "

Holdet fandt ud af, at afstanden mellem grafenlagene er usædvanlig på grund af de unikke miljøer af kulstofatomer, der forekommer ved grænsefladen mellem diamant og grafen. De viste også, at diafitstrukturen er ansvarlig for et tidligere uforklarligt spektroskopisk træk.

Studiets medforfatter professor Chris Howard (UCL Physics &Astronomy) sagde:"Dette er meget spændende, da vi nu kan detektere diafitstrukturer i diamant ved hjælp af en simpel spektroskopisk teknik uden behov for dyr og besværlig elektronmikroskopi."

Ifølge forskerne kan de strukturelle enheder og kompleksiteten rapporteret i lonsdaleite-prøverne forekomme i en lang række andre kulholdige materialer, der er produceret ved stød og statisk kompression eller ved aflejring fra dampfasen.

Studiets medforfatter professor Christoph Salzmann (UCL Chemistry) sagde:"Gennem den kontrollerede lagvækst af strukturer burde det være muligt at designe materialer, der er både ultrahårde og også duktile, samt har justerbare elektroniske egenskaber fra en leder til en isolator.

"Opdagelsen har derfor åbnet døren til nye kulstofmaterialer med spændende mekaniske og elektroniske egenskaber, der kan resultere i nye anvendelser lige fra slibemidler og elektronik til nanomedicin og laserteknologi."

Udover at henlede opmærksomheden på de enestående mekaniske og elektroniske egenskaber af de rapporterede kulstofstrukturer, udfordrer forskerne også den nuværende forsimplede strukturelle opfattelse af mineralet betegnet som lonsdaleite.

Forskerne er også taknemmelige over for den afdøde medforfatter professor Paul McMillan, som var Sir William Ramsay Chair of Chemistry ved UCL, for at bringe holdet sammen, hans utrættelige entusiasme for dette arbejde og hans varige bidrag til området for diamantforskning. + Udforsk yderligere

Måder at syntetisere stabil diamane ved højt tryk